交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算與機組組合

王兵++董德慧

摘 要：在多個直流輸電工程投入運行的背景下，大規(guī)模交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)成為了我國電力系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢，這就給電力系統(tǒng)的運行和管理提出了更高的要求?；谝陨?，該文簡要研究了交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的潮流計算問題，并提出了一種機組組合的改進算法，旨在為相關研究和實踐提供參考。

關鍵詞：交直流混聯(lián) 電力系統(tǒng) 潮流計算 機組組合

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（a）-0026-02

“西電東送”“北電南送”是我國未來電力格局的重要發(fā)展趨勢，隨著多個直流輸電工程的投入運行，大規(guī)模交直流混聯(lián)電力網(wǎng)絡逐步形成，這給電力系統(tǒng)的運行和管理提出了更高的要求。科學、可靠的潮流算法是進行交直流混聯(lián)系統(tǒng)運行分析的重要基礎，且隨著精益化調度管理方式的不斷推行，如何解決機組組合問題也逐漸受到關注，對于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)來說，考慮安全約束的機組組合能夠保證電網(wǎng)運行的安全性和可靠性?；谝陨?，該文簡要研究了交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算及機組組合的相關問題。

1 交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算

對于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)來說，其潮流計算模型將直流系統(tǒng)狀態(tài)變量和控制變量引入到了交流系統(tǒng)非線性方程中，增加了繆奧數(shù)直流系統(tǒng)方程，因此，傳統(tǒng)的交流系統(tǒng)潮流計算方法已經(jīng)難以適用，需要進行改進和補充，滿足交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算要求。一般來說，交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算方法主要有如下兩種。

1.1 統(tǒng)一迭代法

統(tǒng)一迭代法是以極坐標下牛頓法為基礎發(fā)展而來的一種潮流計算方法，在進行迭代求解的過程中，這種算法將交流節(jié)點狀態(tài)變量及直流系統(tǒng)變量進行了統(tǒng)一。利用統(tǒng)一迭代法技能型交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算有著收斂性良好的優(yōu)點，其適應性較為廣泛，對于不同控制方式、網(wǎng)絡結構的算例來說都能夠進行迭代計算，求取收斂解[1]。但需要注意的是，應用統(tǒng)一迭代算法進行交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算的過程中，加入了Jacobian矩陣階數(shù)，在每一次進行迭代之后，都需要對Jacobian矩陣進行重新計算，這就大大增加了潮流計算的計算量。針對這個問題，可以對統(tǒng)一迭代法進行一定的改進，減少計算量。下面來例舉兩種改進方法：

對傳統(tǒng)牛頓法改進，對數(shù)學模型進行簡化，在交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算過程中，只需要對Jacobian矩陣進行一次計算即可，這就大大降低了計算量，以網(wǎng)絡大小和收斂準確度要求為依據(jù)，綜合應用三階收斂牛頓法、六階收斂牛頓法以及簡化牛頓法，這對于提升潮流計算中的求解速度有著積極的意義。

以積極控制方式的直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型為基礎，在進行交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算的過程中，Jacobian矩陣不會因控制方式的改變而改變，但需要注意的是，在將冗余方程組引入到潮流方程組的過程中，容易導致Jacobian矩陣出現(xiàn)冗余系數(shù)，如果處理不當，這降低求解的收斂性，同時如果直流系統(tǒng)中有著多條直流線路，會導致Jacobian矩陣階數(shù)升高，不利于求解速度的提升[2]。

1.2 交替迭代法

從本質上來講，交替迭代法是一種統(tǒng)一迭代法的簡化版本，在進行迭代計算的過程中，分別求解交流系統(tǒng)方程和直流系統(tǒng)方程。在進行交流系統(tǒng)方程求解的時候，將直流系統(tǒng)看做是交流節(jié)點上的負荷，此負荷不僅包括有功功率負荷，還包括無功功率負荷，而在進行直流系統(tǒng)方程求解的過程中，將交流系統(tǒng)模擬為恒壓源，此恒壓源位于換流器交流母線之上。

相較于統(tǒng)一迭代法來說，交替迭代法有著計算速度快的優(yōu)點，采用不同的計算方法來求解直流部分和交流部分，但需要注意的是，這種方法應用的過程中，對交直流系統(tǒng)初值給定有著較高的要求，這就不可避免的導致求解結果收斂性較差，甚至導致交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流求解的不收斂和振蕩。為了解決這個問題，也可以對其進行一定的改進，下面列舉兩種改進方式。

結合快速解耦法。即將交替迭代法與快速解耦法相結合，對交直流系統(tǒng)之間的耦合關系進行研究，通過研究計算，得出交流系統(tǒng)潮流計算方程受到直流系統(tǒng)控制變量的具體影響，并研究交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算求解收斂性受到控制方式的具體影響，這種方式對于改善交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算的收斂性有著重要的作用，同時能夠有效提升潮流計算效率[3]。

直流系統(tǒng)系數(shù)矩陣不可逆的改善。在某些控制方式下，利用交替迭代法進行潮流計算會出現(xiàn)直流系統(tǒng)系數(shù)矩陣不可逆的問題，對此問題進行改善則能夠提升交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算的收斂性。此外，可以可以從潮流在線計算魯棒性和快速性的角度入手，利用牛頓法來進行直流系統(tǒng)求解，避免因交流母線電壓波動導致交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算中直流系統(tǒng)求解不收斂的情況，這也能夠改善潮流計算的收斂性。

2 交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的機組組合

對于電力系統(tǒng)來說，發(fā)電機組的優(yōu)化組合指的是在24h之內以負荷預報為基礎，保證負荷需求和機組安全等條件下，對各個時段運行的機組進行選定，對機組的啟停時間進行確定，保證24 h之內總耗量的最低，電力系統(tǒng)機組的優(yōu)化組合對于提升電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性有著重要的意義，科學合理的機組組合能夠有效節(jié)約燃料費用，并提升機組的壽命[4]。傳統(tǒng)的機組組合算法有著計算精度不高、只能獲得局部最優(yōu)解的缺點，不適用于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的機組組合優(yōu)化計算。

對于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)來說，在研究機組組合的過程中，應當考慮積極交直流輸電網(wǎng)絡安全約束的機組組合，這屬于一種大規(guī)模非線性混合整數(shù)的規(guī)劃問題。結合交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的特點，可以以Benders分解法為依據(jù)，將機組組合問題分解為兩個問題，其一主層問題，指的是是機組組合的主層問題，其二子層問題，是網(wǎng)絡安全約束校驗的子層問題，可以交替迭代計算主層問題和子層問題，從而獲得交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)機組組合的最優(yōu)解[5]。而在面對符合不確定情況的時候，則采用分層抽樣的方法，通過分層抽樣獲取多個場景，并采用情境修正策略，以確定模型為基礎，增加一組子層問題，以此來對情景的可行性進行校驗，并調整確定性模型的最優(yōu)解，這對于提升交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)機組組合結果的魯棒性有著重要的意義。

此外，如果負荷的不確定性可能會影響潮流方程不平衡量的情況下，則可以將其作為懲罰項，并計入到目標函數(shù)中，以此為基礎來重新針對直流SCUC問題進行建模，之后應用BENDERS分解法的思想，按照上述分析的過程對機組組合問題進行分解，求出最優(yōu)解[6]。

3 結語

綜上所述，該文簡要分析了交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算的兩種方法，分別是統(tǒng)一迭代法和交替迭代法，并在兩種計算方法的基礎上提出了改進策略，之后探討了交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)機組組合的優(yōu)化計算方法，旨在為相關研究和實踐提供參考。

參考文獻

[1] 薛振宇，房大中.基于雙向迭代的交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)潮流計算[J].電力系統(tǒng)自動化，2013（5）：61-67.

[2] 屠競哲，甘德強，辛煥海，等.考慮連鎖故障風險的交直流混聯(lián)系統(tǒng)容量最優(yōu)分配[J].電網(wǎng)技術，2013（9）：2492-2499.

[3] 趙建偉，章淵，嚴正，等.改進的Manchester連鎖故障模型在交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)中的應用[J].水電能源科學，2013（10）：168-171，246.

[4] 高凱，劉博文，何曉洋，等.交直流電力系統(tǒng)潮流計算綜述[J].電氣應用，2015（17）：122-127.

[5] 唐曉駿，程振龍，張鑫，等.交直流混聯(lián)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定在線評估體系[J].電網(wǎng)技術，2014（5）：1175-1180.

[6] 孫東磊，韓學山，楊金洪.計及電壓調節(jié)效應的電力系統(tǒng)機組組合[J].電工技術學報，2016（5）：107-117.